Abstract The coenzyme A (CoA) biosynthesis pathway has attracted attention as a potential target for much-needed novel antimicrobial drugs, including for the treatment of tuberculosis (TB), the lethal disease caused by Mycobacterium tuberculosis (Mtb ). Seeking to identify the first inhibitors of Mtb phosphopantetheine adenylyltransferase ( Mtb PPAT), the enzyme that catalyses the penultimate step in CoA biosynthesis, we performed a fragment screen. In doing so, we discovered three series of fragments that occupy distinct regions of the Mtb PPAT active site, presenting a unique opportunity for fragment linking. Here we show how, guided by X-ray crystal structures, we could link weakly-binding fragments to produce an active site binder with a K D < 20 μM and on-target anti- Mtb activity, as demonstrated using CRISPR interference. This study represents a big step toward validating Mtb PPAT as a potential drug target and designing a Mtb PPAT-targeting anti-TB drug. Abstract Figure

Abstract We report a conserved transcriptomic signature of reduced fatty acid and lipid metabolism gene expression in human post-mortem ALS spinal cord and a Drosophila model of the most common genetic cause of FTD/ALS, a repeat expansion in C9orf72 . To investigate lipid alterations, we performed lipidomics on C9FTD/ALS iPSC-neurons and post-mortem FTLD brain tissue. This revealed a common and specific reduction in phospholipid species containing polyunsaturated fatty acids (PUFAs). To determine whether this PUFA deficit contributes to neurodegeneration, we fed C9FTD/ALS flies PUFAs, which yielded a modest increase in survival. However, increasing PUFA levels specifically in neurons of the C9orf72 flies, by overexpressing fatty acid desaturase enzymes, led to a substantial extension of lifespan. Neuronal overexpression of fatty acid desaturases also suppressed stressor induced neuronal death in C9FTD/ALS patient iPSC-neurons. These data implicate neuronal fatty acid saturation in the pathogenesis of FTD/ALS and suggest that interventions to increase PUFA levels specifically within neurons will be beneficial.

Dihydrofolate reductase (DHFR), a key enzyme involved in folate metabolism, is a widely explored target in the treatment of cancer, immune diseases, bacteria and protozoa infections. Although several antifolates have proved successful in the treatment of infectious diseases, none have been developed to combat tuberculosis, despite the essentiality of M. tuberculosis DHFR (MtDHFR). Herein, we describe an integrated fragment-based drug discovery approach to target MtDHFR that has identified hits with scaffolds not yet explored in any previous drug design campaign for this enzyme. The application of a SAR by catalog strategy of an in house library for one of the identified fragments has led to a series of molecules that bind MtDHFR with low micromolar affinities. Crystal structures of MtDHFR in complex with compounds of this series demonstrated a novel binding mode that differs from other DHFR antifolates, thus opening perspectives for the development of novel and relevant MtDHFR inhibitors.

Ligand binding hotspots are regions of protein surfaces that form particularly favourable interactions with small molecule pharmacophores. Targeting interactions with these hotspots maximises the efficiency of ligand binding. Existing methods are capable of identifying hotspots but often lack assays to quantify ligand binding and direct elaboration at these sites. Herein, we describe a fragment‐based competitive 19F Ligand Based‐NMR (LB‐NMR) screening platform that enables routine, quantitative ligand profiling focused at ligand‐binding hotspots. As a proof of concept, the method was applied to 4’‐phosphopantetheine adenylyltransferase (PPAT) from Mycobacterium abscessus (Mabs). X‐ray crystallographic characterisation of the hits from a 960‐member fragment screen identified three ligand‐binding hotspots across the PPAT active site. From the fragment hits a collection of 19F reporter candidates were designed and synthesised. By rigorous prioritisation and use of optimisation workflows, a single 19F reporter molecule was generated for each hotspot. Profiling the binding of a set of structurally characterised ligands by competitive 19F LB‐NMR with this suite of 19F reporters recapitulated the binding affinity and site ID assignments made by ITC and X‐ray crystallography. This quantitative mapping of ligand binding events at hotspot level resolution establishes the utility of the fragment‐based competitive 19F LB‐NMR screening platform for hotspot‐directed ligand profiling

Translational frameshift errors are often deleterious to the synthesis of functional proteins as they lead to the production of truncated or inactive proteins. TrmD (tRNA-(N(1)G37) methyltransferase) is an essential tRNA modification enzyme in bacteria that prevents +1 errors in the reading frame during protein translation and has been identified as a therapeutic target for several bacterial infections. Here we validate TrmD as a target in Mycobacterium abscessus and describe the application of a structure-guided fragment-based drug discovery approach for the design of a new class of inhibitors against this enzyme. A fragment library screening followed by structure-guided chemical elaboration of hits led to the development of compounds with potent in vitro TrmD inhibitory activity. Several of these compounds exhibit activity against planktonic M. abscessus and Mycobacterium tuberculosis . The compounds were further active in macrophage infection models against Mycobacterium leprae and M. abscessus suggesting the potential for novel broad-spectrum mycobacterial drugs.* DSF : differential scanning fluorimetry FBDD : fragment-based drug discovery LE : ligand efficiency MIC : minimum inhibitory concentration NTM : nontuberculous mycobacteria SAH : S-adenosyl-L-homocysteine SAM : S-adenosyl-L-methionine

Coenzyme A (CoA) is a fundamental co-factor for all life, involved in numerous metabolic pathways and cellular processes, and its biosynthetic pathway has raised substantial interest as a drug target against multiple pathogens including Mycobacterium tuberculosis . The biosynthesis of CoA is performed in five steps, with the second and third steps being catalysed in the vast majority of prokaryotes, including M. tuberculosis , by a single bifunctional protein, CoaBC. Depletion of CoaBC was found to be bactericidal in M. tuberculosis . Here we report the first structure of a full-length CoaBC, from the model organism Mycobacterium smegmatis , describe how it is organised as a dodecamer and regulated by CoA thioesters. A high-throughput biochemical screen focusing on CoaB identified two inhibitors with different chemical scaffolds. Hit expansion led to the discovery of potent inhibitors of M. tuberculosis CoaB, which we show to bind to a novel cryptic allosteric site within CoaB.

SUMMARY BRCA2 controls RAD51 recombinase during homologous DNA recombination (HDR) through eight evolutionarily-conserved BRC repeats, which individually engage RAD51 via the motif Phe-x-x-Ala. Using structure-guided molecular design, templated on a monomeric thermostable chimera between human RAD51 and archaeal RadA, we identify CAM833, a 529 Da orthosteric inhibitor of RAD51:BRC with a K d of 366 nM. The quinoline of CAM833 occupies a hotspot, the Phe-binding pocket on RAD51 and the methyl of the substituted α-methylbenzyl group occupies the Ala-binding pocket. In cells, CAM833 diminishes formation of damage-induced RAD51 nuclear foci; inhibits RAD51 molecular clustering, suppressing extended RAD51 filament assembly; potentiates cytotoxicity by ionising radiation, augmenting 4N cell-cycle arrest and apoptotic cell death and works with poly-ADP ribose polymerase (PARP)1 inhibitors to suppress growth in BRCA2-wildtype cells. Thus, chemical inhibition of the protein-protein interaction between BRCA2 and RAD51 disrupts HDR and potentiates DNA damage-induced cell death, with implications for cancer therapy.

Abstract The L-arginine biosynthesis pathway consists of eight enzymes that catalyse the conversion of L-glutamate to L-arginine, appears to be attractive target for anti-Tuberculosis (TB) drug discovery. Starvation of M. tuberculosis deleted for either argB or argF genes led to rapid sterilization of these strains in mice while Chemical inhibition of ArgJ with Pranlukast was also found to clear chronic M. tuberculosis infection in animal models. In this work, the ligandability of four enzymes of the pathway ArgB, ArgC, ArgD and ArgF is explored using a fragment-based approach. We reveal several hits for these enzymes validated with biochemical and biophysical assays, and X-ray crystallographic data, which in the case of ArgB were further confirmed to have on-target activity against M. tuberculosis . These results demonstrate the potential of more enzymes in this pathway to be targeted with dedicated drug discovery programmes.